Allgemeines Forschungsberichte

Freilauf kombinierte Lasten - FVA 694 I, IGF-Nr. 17157 N

Freilauf Lebensdauer - kombinierte Radial- und Drehmomentbelastung  

Als Freilauf wird ein Maschinenelement bezeichnet, welches eine richtungsabhängige Drehmomentübertragung ermöglicht. Derzeit werden Freiläufe in Hinsicht auf Beanspruchung und Lebensdauer mit den FVA-Berechnungsprogrammen LD und JFRED ausgelegt. In dieser Berechnungsumgebung wird zur Bestimmung der Lebensdauer lediglich der anzustrebende Fall einer reinen Drehmomentbelastung verwendet. In praktischen Anwendungen konstruktiv nicht vermeidbare Zusatzbelastungen (radiale Kräfte, Wellenverkippung) bleiben unberücksichtigt.

Eine Wellenverkippung bzw. eine radiale Zusatzbelastung führt der Erwartung nach zu einer Überhöhung der Belastung auf der Seite der Krafteinleitung, während die gegenüberliegende Seite entlastet wird. Dabei hat die Schädigung der höher belasteten Stelle einen größeren, lebensdauermindernden Einfluss, als die Entlastung eine Lebensdauererhöhung hervorrufen kann. Mit Hilfe von Simulation und Versuch wurden Erkenntnisse bezüglich der Wirkmechanismen und der Lastverteilung von kombiniert belasteten Freiläufen ermittelt. Hier hat sich gezeigt, dass die Kopplung der Berechnungsvorgänge von Freiläufen und Zylinderrollenlagern zur Abschätzung der resultierenden Beanspruchungen eines radial belasteten Freilaufs zielführend ist. Die bis zu diesem Zeitpunkt gängige Lebensdauerbestimmung durch Berechnung der Einzelerlebenswahrscheinlichkeiten für den Außenring, den Innenstern und den Klemmrollensatz wurde mit der für jeden Kontaktpunkt vorliegenden Beanspruchung erweitert.

Die Bestimmung der Einzelerlebenswahrscheinlichkeiten der drei oben genannten Komponenten kann nun für jeden einzelnen Kontakt durchgeführt werden und resultiert in einer guten Näherung der Lebensdauerbestimmung in Bezug auf die Versuchsergebnisse.

Aufbauend auf den Versuchs- und Simulationsergebnissen wurde damit das bestehende Berechnungsmodell angepasst, sodass der Einfluss von radialen Zusatzlasten und einer Verkippung berücksichtigt werden kann. Das angepasste Modell kann nun von den Anwendern in den üblichen Berechnungsprogrammen implementiert werden. 

Das IGF-Vorhaben 17157 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.